一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法技术

本发明专利技术公开一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法，属于配电网技术领域，所要解决的问题是提供一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法，以解决目前配电网线路中传统方向元件不适用的问题，采用的方案包括：获取单端电流、电压故障数据；计算故障前后电流、电压突变量，通过比较两者极性，判别故障方向，本发明专利技术利用故障前后电流、电压的突变量特征，构造一种利用电流、电压突变量极性的方向元件，该方向元件判据由方向元件安装处测得的电压、电流突变量乘积得到，能够适用于不同故障位置、不同故障类型情况，大量仿真计算表明，本发明专利技术能够可靠判别故障方向，为配电网线路保护动作提供有效支持；本发明专利技术适用于配电网技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法
本专利技术属于配电网
，特别涉及一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法
技术介绍
伴随能源发电技术的快速发展，越来越多新能源电源以集中式或分布式形式并入电网。相较于多采用集中式并网的风电场，光伏电源更多采用分布式形式并入电网。针对含分布式光伏电源的配电网线路，传统保护及方向元件存在不适应性。如由于光伏电站的系统阻抗不稳定，波动较大，导致基于工频变化量的方向元件判别结果波动较大，无法实现可靠判别。因此，研究适用于含分布式新能源的配电网线路方向元件具有重要意义。近年来，针对适用于含分布式新能源的配电网线路方向元件的相关研究已具有一定成果，主要集中于利用正、负序的工频量方向元件的改进研究上，此类方向元件在三相、相间故障均可有效判别，但需要基于工频量，所需判别时间较长，受过渡电阻影响较大。还有学者提出利用正序电流相角突变量构造方向纵联保护，该方法仅利用电流量，但无法直接利用该方法(即仅利用电流量)构成方向元件，且由于利用工频分量，需要时间较长，只能应用于线路无分支线路及负载情况下。基于此，一种简单、快速的适用于含分布式新能源的配电网线路方向元件构造原理亟待提出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法，以解决目前配电网线路中传统方向元件不适用的问题。为实现上述目标，本专利技术采用技术方案：一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法，包括以下步骤：获取单端线模电流、线模电压故障数据；计算故障前后电流、电压突变量，通过比较两者极性，判据K＝电流突变量×电压突变量，若K<0时，则判定为前方故障；若K>0时，则判定为后方故障进一步，具体步骤包括：第一步：方向元件启动，t时刻发生故障，采集故障发生后时间窗tW内三相电流、电压数据，计算线模电流(iab、ibc、ica)、线模电压(uab、ubc、uca)；所述时间窗tW满足：a.不高于故障发生后调节器调节所需的时间；b.不低于雷电判别所需的时间；第二步：获取故障发生前时间窗tW内三相电流、电压数据，计算线模电流、电压；第三步：计算tW时间窗内线模电流、线模电压突变量，即Δi＝i(τ)-i(τ-T)、Δu＝u(τ)-u(τ-T)；其中，τ为t～(t+tW)之间；T为工频周期；再分别计算线模电流、线模电压突变量指标ΔI、ΔU，其中，ΔI、ΔU分别为tW时间窗内线模电流、线模电压突变量的平均值；第四步：计算方向判据K＝ΔI×ΔU；第五步：若K<0时，则判定为前方故障；若K>0时，则判定为后方故障；若K＝0时，则判断为正常运行或无法判断。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术仅采用单端电流、电压故障数据；计算故障前后电流、电压突变量，通过比较两者极性，判别故障方向。本方法通过对故障前后电流、电压突变量极性的分析，能够方便、全面、可靠的识别故障方向，对目前配电网的线路保护具有重要意义，同时也适用于含分布式新能源配电网的线路保护。附图说明图1为本专利技术中一种交流配电网模型简图；图2为本专利技术中方向元件的判别逻辑图。具体实施方式下面结合附图1-2对利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法进行进一步说明：本专利技术提供一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法，以解决目前含分布式新能源的配电网线路中传统方向元件不适用的问题。本专利技术仅采用单端电流、电压故障数据；计算故障前后电流、电压突变量，通过比较两者极性，判别故障方向。本方法通过对故障前后电流、电压突变量极性的分析，能够方便、全面、可靠的识别故障方向，对含分布式新能源配电网的线路保护具有重要意义。本专利技术利用故障前后电流、电压突变量，通过比较两者极性，构造判据，判别故障方向。不同故障位置(方向)的单端电流、电压突变量极性如下：a)配电网线路发生故障，相当于在正常运行的系统网络中，叠加一个故障分量网络；故障点的等效故障电源，向线路两端发出一个电压正或负的阶跃电压波。b)定义母线指向线路为正方向，若故障点发出一个正电压阶跃波，则电压突变量极性为正，相应电流由线路流向母线，与正方向相反，电流突变量极性为负；若故障点发出一个负电压阶跃波，则电压突变量极性为负，相应电流由母线指向线路，与正方向相同，电流突变量极性为正。c)假设被保护线路MN，定义母线指向线路为正方向(前方)，线路MN区内发生故障时，线路M端计算电压突变量极性与电流突变量极性不同，故障点位于M端前方；线路N端计算电压突变量极性与电流突变量极性也不同，故障点位于N端前方。d)假设被保护线路MN，定义母线指向线路为正方向(前方)，线路发生M侧区外故障时，线路M端计算电压突变量极性与电流突变量极性相同，故障点位于M端后方；而线路N端计算电压突变量极性与电流突变量极性不同，故障点位于N端前方。e)假设被保护线路MN，定义母线指向线路为正方向(前方)，线路发生N侧区外故障时，线路M端计算电压突变量极性与电流突变量极性不同，故障点位于M端前方；线路N端计算电压突变量极性与电流突变量极性相同，故障点位于N端后方。本专利技术提供一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法，具体步骤为：步骤一：t时刻，方向元件启动，采集故障后一段时间窗tW内三相电流、电压数据，计算线模电流、电压；所述时间窗tW满足：a.不高于故障发生后调节器调节所需的时间；b.不低于雷电判别所需的时间。步骤二：获取t时刻前一个周期后一段时间窗tW内三相电流、电压数据，计算线路模拟电流、电压。步骤三：计算时间窗tW内电流、电压突变量，即Δi＝i(τ)-i(τ-T)、Δu＝u(τ)-u(τ-T)；分别计算电流、电压突变量指标ΔI、ΔU，其中，ΔI、ΔU分别为tW时间窗内电流、电压突变量的平均值；其中，τ为t～(t+tW)之间；T为工频周期。步骤四：计算方向判据K＝ΔI×ΔU。步骤五：若K满足式(1)，则判定为前方故障；若满足式(2)，则判定为后方故障；若式(1)、(2)均不满足，则输出为正常运行或无法判断；K＜0(1)K>0(2)注意：数据窗tW的选取应当考虑到：①考虑不高于故障发生后调节器调节过程；②考虑雷电等干扰下的抗干扰能力；③考虑速动性。仿真验证：以图1所示本专利技术实施例一种交流配电网模型简图系统进行电磁暂态仿真计算，利用图1中MN段线路结果，验证本专利技术提出的配电网方向元件动作性能。在仿真验证中，根据线路参数及实际情况，取时间窗tW＝5ms，综合考虑了不同故障位置、不同故障类型、不同过渡电阻情况，其中，故障不同位置点如图1所示。表1为不同位置发生BC相间故障的判别结果，表2为不同过渡电阻BC相间故障的判别结果，表3为不同故障类型的判别结果。仿真结果表明，本专利技术提出的方向元件判别方案有效、可靠。表1某实施例下不同故障位置BC相间过渡电阻5Ω的故障仿真结果如下：表2某实施例下OF3处发生不同过渡电阻的BC相间故障仿真结果如下：表3某实施例下OF3处发生过渡电阻为5Ω的不同类型故障仿真结果如下：本专利技术提出了一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法，利用故障前后电流、电压的突变量特征，构造一种利用电流、电压突变量极性的方向元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取单端线模电流、线模电压故障数据；计算故障前后电流突变量和电压突变量，通过比较两者极性，判据K＝电流突变量×电压突变量，若K<0时，则判定为前方故障；若K>0时，则判定为后方故障。

【技术特征摘要】
1.一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取单端线模电流、线模电压故障数据；计算故障前后电流突变量和电压突变量，通过比较两者极性，判据K＝电流突变量×电压突变量，若K<0时，则判定为前方故障；若K>0时，则判定为后方故障。2.根据权利要求1所述的一种利用电流、电压突变量极性来判别配电网故障方向的方法，其特征在于，包括：第一步：方向元件启动，t时刻发生故障，采集故障发生后时间窗tW内三相电流、电压数据，计算线模电流(iab、ibc、ica)、线模电压(uab、ubc、uca)；所述时间窗tW满足：a.不高于...

【专利技术属性】
技术研发人员：何彩红，温盛元，郭润生，
申请(专利权)人：郭润生，
类型：发明
国别省市：山西,14